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创设问题情景，培养学生的创新能力
摘要： 本文结合问题、科学创新及创新教学，指出在中学物理教学中应加强问题情景的创设，通过问题情景来培养学生的创新能力；并结合课堂实例、学习心理学对创设问题情景的方式、策略作了较全面的论述。&
&&& 摘要： 本文结合问题、科学创新及创新教学，指出在中学物理教学中应加强问题情景的创设，通过问题情景来培养学生的创新能力；并结合课堂实例、学习心理学对创设问题情景的方式、策略作了较全面的论述。&& && 　　关键词： 创设问题情景 问题教学 创新能力 && && 　　近年来，随着素质教育的逐步落实，教育界乃至整个社会越来越重视学生创新能力的培养。而创新源于问题，只有发现问题，才有可能找到解决问题的途径和方法，才能发挥人的创新才能。&& && 　一、问题与科学创新&& && 　　纵观科学发展史，几乎每一次质的飞跃都是从问题开始的。比如：在研究光电效应时，出现了经典电磁理论所无法解释的现象，从而吸引了许多物理学家对新领域的探索，最后由爱因斯坦提出光量子理论。又如：在研究原子结构时，卢瑟福的α散射实验出现了汤姆生原子模型所无法预料的现象，为了解决此问题，卢瑟福提出了原子核式结构学说。可见科学创新源于问题。问题不仅是科学研究的逻辑起点，而且也正是问题不断推动着科学研究。因此，可以说问题是科学研究的真正灵魂。当代英国著名科学哲学家卡尔·波普尔 (K. Popper)曾经强调指出：“科学和知识的增长永远始于问题，终于问题——愈来愈深化的问题，愈来愈能启发新问题的问题”。为了解决问题，科学家必须以批评的态度认识原有理论的局限性，以创新精神冲破传统观念的束缚，运用创新的思维方式和观念提出新的假设，建立新的理论。&& && 　　二、问题情景与物理创新教学&& && 　　根据认知理论，物理课堂教学过程应该是以不断地提出问题并解决问题的方式来获取新知识的思维过程。解决问题首先要提出问题，因此，教师无论是在教学的整个过程，还是在教学过程中的某些微观环节，都应该十分重视问题情景的创设。所谓问题情景，是指一种具有一定困难，需要学生通过努力克服（或寻找达到目标的途径），且力所能及的学习情景（学习任务）。任何学习的愿望，总是在一定的情景中发生的，只有具有这种问题性的情景，才具有强大的吸引力，对学习具有强烈的激发作用。&& && 　　从认知角度来看，学生学习的内容和结果对学生来说是新的，是一个课题。但在心理过程上却与科学家创新的发现过程很相似，都是为了解决某个问题而对现有认知结构和方式进行改造和超越，相对自身现有的认知结构和方式而言，这便是创新。这为我们进行物理创新教学提供了一个很好的类科学研究的情景，通过这一教学情景来完善学生的认知结构，培养学生科学的创新能力。因此在教学中要精心创设问题情景，通过问题情景把培养学生的创新意识、创新精神、创新能力落到实处。&& && 　　三、创设问题情景进行创新教学的实践&& && 创设问题情景来实施创新教学的功能主要表现为：①通过情景，提出问题。使教学信息具有新奇性，从而使学生产生好奇心和求知欲，极大地激发了学生的探索动机和兴趣，有利于培养学生的创新意识和提出问题的能力。②通过问题情景来讨论问题，展开联想，提出猜想，训练学生创新所需的思维素质和创新精神。③在探索创新过程中渗透和运用一些创造性的方法，提出假设、建立新理论、给出新方法，从而培养学生的创新思维方法。&& && 1、利用实验创设问题情景&& && 物理是一门以实验为基础的科学，物理实验以其直观性、形象性为学生提供了丰富的感性信息。因此利用实验内容设置问题，引导学生通过对实验的观察、研究和分析获得的感性信息去思考问题、探索问题，从而揭示物理现象的本质，探究物理规律。&& && S&&& && 1 2 L&&& && 。&&& && （图一）&&& && ε1 ε2&&& && ①通过实验，激发求知欲&& && （教学实例）在进行“闭合电路欧姆定律”教学时，设计了如下实验（如图一所示）实验步骤为： a、用电压表测出二个不同电源的电动势ε1=3v，ε2=9v；b、让开关打在1位置，观察现象（小灯泡几乎发白光）；c、让学生讨论、猜想：如果把开关打在2位置，将会出现什么情况？d、实验验证。&& && 大多数学生讨论的结果为灯泡会烧毁，而实际情况是灯的亮度还不如接在1位置。这一结果使学生困惑不解，这究竟是何原因呢？这时学生处于迫切需要知道为什么的心理状态，产生较强的情感震憾，这时学生的需要被唤起，动机被激发，产生了进一步学习的兴趣，有利于教学目标的顺利实现。 && && （图二）&&& && ②通过实验，层层设置情景，探索规律&& && （图三）&&& && （教学实例）在“变压器”教学中，为了探索“变压器原、副线圈匝数与电压、电流的关系”时，设计了一系列小实验先定性后定量研究。实验1（如图二所示）实验步骤为：a、利用可拆式变压器，副线圈用漆包线绕成，并连接一个小灯泡，先加入一组线圈，请学生观察小灯泡是否变亮；b、再逐个增加副线圈的匝数，让学生进一步观察小灯泡是否变亮。此时学生的注意力充分集中，使灯变亮的欲望进一步加强，最后灯终于变亮了。在学生的情感意识中更加想知道“输出电压与匝数”到底是什么关系呢？接下来再与学生一起探索。实验2步骤为：a、利用可拆式变压器实验装置，在原、副线圈二端各接一个电压表；b、记录原、副线圈的匝数及二个电压表的示数；c、改变原、副线圈的匝数再记录二个电压表的示数；d、根据数据分析请学生得出“电压与匝数成正比”的规律。接下来进一步探索，实验3的步骤为：a、在实验2的电路中接入二个电流表（如图三所示）；b、测出各表的示数；c、计算U1I1、U2I2的值，并提出问题为何U1I1＞U2I2呢？d、进一步实验，将可拆式变压器的铁芯向右移动，变压器的输出功率变得更小，从而说明实验中总有铁损、磁损，再抽象出理想变压器的工作原理即U1I1=U2I2。这样由实验步步深入，层层设置问题情景，围绕问题师生共同探索，有利于学生探索能力的培养。同时也符合高中生从定性到定量研究的认知规律。&& && 2、通过新旧知识的联系，创设问题情景&& && 根据奥苏贝尔的同化理论，任何一个新知识均可以通过上位学习、下位学习、组合学习，设计恰当的先行组织者，寻求它与旧知识的联系作为新概念的增长点，促进新知识的学习。可见在教学中，利用学生原有知识来创设情景，有助于学生积极主动地学习，促进思维的敏捷性和创造性。&& && （教学实例）在“电阻定律”教学中，提出以下问题：①请学生先计算“220v，40w”灯泡的电阻是多少？②电阻的测量用什么办法？③演示实验得到的测量值与计算值为何相差这么大？（约10倍）④为了弄清这一问题，还得研究导体的电阻跟哪些因素有关？是什么关系呢？从而引出课题。&& && 又如在“电磁振荡”教学中，提出以下问题：①电容器具有什么本领？②当电容器的带电量增加时，其两端的电压、电场强度以及它所储存的电场能如何变化？（得到上述物理量是同步变化的）③当电流通过自感线圈时，将产生何现象？④如电流增加时，它内部的磁场能如何变化？⑤自感电动势的作用如何？⑥如果把一储存电荷的电容器与一自感线圈组成一个回路，电路中的电流将是怎样一种情况？通过上述问题的回答，学生不但把原有知识回忆起来了，而且为新知识的学习奠定了基础。同时，让学生猜想情况，提出各种假说，学生的求知欲得到充分的调动。&& && 3、利用现代教育手段，创设问题情景&& && （图四） &&& && &&& && && 　&& && 现代科技为物理教学提供了大量先进的教学设备，如双向闭路电视、多媒体等，作为一种新的教学辅助手段，它具有形象、直观、动态逼真、表现力丰富等常规教学手段所无法替代的优势。特别是它能把一些无法看清的现象模拟出来，从而让学生获取足够的感性材料，为思维加工奠定基础。它恰当的使用，不仅能够活跃课堂气氛，而且还能唤发学生的创造性联想。&& && 　&& && &&& && && 　&& && （教学实例）在“原子核式结构”教学中，利用多媒体手段，可以把这一过程生动地展现在学生面前。教学过程为：&& && 　&& && 设问： 按照“汤姆生原子模型”原子的结构是怎样的？ && && &&& && && 　&& && 假设： 假如是上述结构，那么当高能粒子穿过金箔将是怎样一种情景？&& && 　&& && 猜想： 让学生猜想高能粒子穿过时出现的情况。&& && &&& && && 　&& && 多媒体模&& && 　&& && 拟演示： 再现α散射实验（α粒子穿过金箔）的情景，如图四所示。&& && 推测： 由绝大多数粒子能穿过金箔的实验事实，说明原子的大部分是空的；极少数α粒子的偏向角超过90°甚至反向弹回，说明其中有一个质量集中、电荷集中、体积较小的核。&& && 创想： 原子是由带正电的体积很小的原子核和核外电子构成的。&& && 多媒体模&& && 拟演示： 原子的核式结构模型。&& && 按上述教学过程，学生沿着前人的思维足迹，用类科学研究的方式，通过假设、验证、创想、模拟演示等，成功地解决新问题，学生在感到成就感的同时，迸发出创造欲望的火花。&& && 4、由知识的实际应用创设问题情景&& && 根据生活和生产实际提出问题，创设实际问题情景，可以使学生认识到物理学习的现实意义，认识到物理知识的价值。这样更容易激发学生的好奇心和兴趣，更能激发学生创新思维的发展。&& && （教学实例）在“电源输出功率”教学中，提出如下问题情景：手头上有三根电炉丝，阻值分别为6Ω、8Ω、10Ω，现要把其中一根电炉丝接到一电动势为12v，内阻为8Ω的电源上，去烧开一小杯水，假定三根电炉丝的额定功率足够大，问选择哪一根电炉丝烧这杯水最快？&& && 由于这是一个来源于生活实际问题，学生都很感兴趣，纷纷发表看法，有的选6Ω、有的选8Ω、有的选10Ω。但追究理由时学生就讲不清楚是何道理，老师肯定答案是8Ω，那么为什么呢？从而巧妙地引入“电源最大输出功率”的讨论。&& && 5、通过例题（习题）创设问题情景，深化主题&& && 在例题（习题）教学中笔者主要通过以下模式“出题——读题思考——试解——分析讨论——归纳检验”进行教学。这种模式要求学生根据自己对具体的物理过程、物理问题理解，充分运用己有的知识和经验，结合有关的知识、规律独立地、创造地进行分析、判断、思考和探索解题方法。然后，在教师的指导下，通过分析讨论和归纳总结，对物理题中的物理思想、物理方法进行提炼、升华，学习和汲取例题中物理的精神，它能最大限度地培养和锻炼高中生的创新意识和创新能力。模式的核心是试解，试解中有失败者，有失败才会有创新；有成功者，让他们尝到成功感，激发学习兴趣和积极性，更能培养他们的创新思维、创新意识、创新能力。&& && （图五）&&& && （教学实例）在“动量、碰撞”习题教学中：如图五所示，质量为m的滑块静止放在光滑的水平面上，滑块的光滑弧面底部与水平面相切。一个质量为m的物体B以速度V0沿水平面冲向滑块，设物体B不能越过滑块A，求：①物体B能到达的最大高度h为多少？②A达到的最大速度为多少？ && && 教学中先让学生思考以下几个问题：①B上滑过程中，A、B各作何运动？②物体B到达最高点时，A、B两物体有何特点？③上滑过程与滑下过程，各自满足什么规律？再让学生试解（在此应提供足够的时间，让学生尝试）；最后由教师总结归纳，联想模型（上滑到最高点可归结为完全非弹性碰撞，整个过程可归结为完全弹性碰撞），再提供必要的解题步骤，让失败者有所感悟，让成功者得到喜悦。&& && 四、创设问题情景的策略&& && 通过问题情景进行创新教学是一个重过程、重探索、重能力的课堂教学活动，它具有操作简单，师生交流频繁，课堂自由度大的特点，因此在教学过程中，创设良好的问题情景，教师应该遵循以下策略：&& && ①方向性策略：要求教师通过情景把问题问到“点子上”，所提问题要能反映“干什么”。从而使教学目标明确，教师意图清楚，学生成竹在胸。整个课堂有的放矢。&& && ②科学性策略：要求教师通过情景要把问题问到“关节眼”上，即所提问题要反映“为什么这样提”。问题情景设计要充分暴露教材重点、难点、疑点和关键及知识的形成过程和框架结构。问题提出必须科学、正确、清楚，不能含糊其辞、模棱两可。 && && ③层次性策略：问题情景的设置要有合理的程序和阶梯性，要善于把一个复杂的、难度较大的课题分解成若干个相互联系的子问题；同时不同的班级，学生的知识水平和能力有所不同，因此在进行问题情景设计时，应该随学生的思维水平而有所区别。如：概念的理解分层次，例题的要求分层次，练习完成分层次。同时针对学生实际，学生基础差一些的，可以多辅垫一些，问题细一些，采用“小步走”的方式。从而使问题的提出，由易到难，由浅入深，由近及远。&& && ④“教为主导，学为主体”的策略：在教学时，教师必须想学生之所想，急学生之所急，从问题的提出到解决，始终以学生为主。让学生观察、分析、讨论，教师适时点拨，学生归纳，解决问题。也就是说教师是这场戏的导演，学生是演员，切忌将知识奉送给学生。 && && 总之，我们在教学中要努力创设问题情景，优化课堂结构。把培养学生的创新能力渗透到教育的全过程，只有这样才能激发学生的求知欲和创新能力。以上几点是本人在教学中的体会，还有待于以后进一步完善和提高。
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